码头受撞后结构安全风险分析

■罗 莹

（1.福建省交通科学技术研究所;2.福建省公路水运工程重点实验室，福州 350004）

1 引言

随着世界经济全球化的不断发展，水运在整个物流中占有越来越大的比重，我国港口建设取得了突飞猛进的发展，为我国国民经济的发展做出了重要贡献。

在此同时，码头的安全性越发受到重视，码头容易受到船舶撞击、货物高空脱落、机械设备冲击等事故发生损伤，若所建码头实际靠泊能力不能满足设计要求，或船舶作用荷载超过码头实际靠泊能力，可能破坏结构的稳定性和安全性，甚至导致灾难性的后果。损伤程度往往轻重不同，严重的会形成高危结构。码头严重受损事故时有发生，受其结构自身特点限制，码头构件易损坏且难以修复，即受损区域形成高度危险的结构状态，不得在该结构区域内进行作业或增加任何荷载，否则会发生进一步的破坏事故。必须对受损区域进行加固或重新修补等措施恢复其承载力，恢复码头结构运营的安全性、可靠性，,以保证港口安全生产，促进港口健康发展。

本文结合平潭港区金井作业区2#、3#泊位工程实例，为使码头处于良好的工作状态，维持码头的安全运营，对码头结构的安全性、使用性、耐久性进行综合风险分析，对码头的安全运行、稳定发展提供有效的技术支持，具有重要的意义。

2 工程概况

福州港平潭港区金井作业区2#、3#泊位工程位于平潭岛西南侧北厝镇吉钓村前方海域，金井作业区2#泊位：建设20000GT客货滚装泊位1个，近期按照2万吨级多用途泊位配置工艺设备，设计年吞吐量50万吨（含1万TEU）；金井作业区3#泊位：建设150000GT邮轮泊位1个及相应的配套设施，年设计吞吐量10万人次，近期按照5万吨级多用途泊位配置工艺设备，码头水工结构按靠泊10万吨级集装箱船设计，设计年吞吐量120万吨；金井作业区2#、3#泊位均采用重力式沉箱码头结构。

现场事故经过：2017年9月25日09时23分左右，某船在停靠泊过程中，因风流压太急，造成船头球鼻碰上码头系船柱18#～19#间码头前沿，在紧急重新抛锚调整中，受风流压影响，于当日09时38分，球鼻首左边擦到2#、3#泊位间的码头角，造成系船柱18#～19#间被顶处胸墙混凝土刮擦破损，一处SUC1450两鼓一板橡胶护舷下部断裂，DA-A400H竖向橡胶护舷断裂。

3 检测内容及数据分析

3.1 外观检查

码头构件外观检查主要是通过现场的一些调查了解码头结构目前的状况，包括收集设计资料、了解施工情况和使用情况，检查结构的外观、变形和位移，掌握结构外观特征，观察缺陷及缺陷所在的位置，为进一步的检测提供基础技术资料。重力式码头结构的外观检查分为水上构件外观检查和水下构件外观检查。

3.1.1 水上构件外观检查

为便于表述及理解，在参考现有设计图纸的基础上，本次检测对码头构件编号及观测视角进行了相应约定，码头水上与水下构件外观检查区域划分如图1，码头平面布置如图2，立面布置如图3所示。

对水上部分构件外观损伤情况进行检查，采用目眼观察、读数显微镜、照相实拍等手段对码头胸墙等主要构件进行外观检查，对存在表面缺陷（裂缝、露筋、混凝土剥离脱落等）、外观破损、腐蚀等现象的构件重点进行描述并予以统计，用钢卷尺测量缺陷尺寸，用裂缝综合测试仪测量裂缝宽度，记录缺陷位置。码头水上构件外观检查结果如表1所示。由表1可知，码头胸墙XQ7及2#、3#交叉角位置表面砼轻微刮擦破损，18#系船柱对应位置两鼓一板橡胶护舷破损严重，其他位置橡胶护舷不同程度破损，护轮坎整体完好。

图1 码头检查区域图

图2 码头平面图

图3 码头立面图

表1 码头水上构件外观检查结果

3.1.2 水下构件外观检查

水下结构主要指沉箱结构，采用潜水员水下探摸结合水下录像的方法进行对沉箱外壁及沉箱底部进行详细的检查，确定沉箱结构是否损害、倾斜及损坏部位的位置尺寸，并对沉箱间隙及相对错位进行测量，对损坏、裂缝、表面剥落等情况进行检查、测量、拍照。

码头沉箱外壁及底部经潜水员逐个仔细目视与手感探摸检查，确认码头沉箱外壁混凝土结构完好，表面较平整，有海生物附着。沉箱底部基本都已被海底淤泥掩埋，沉箱间有3cm至7cm之间的间隙。没有发现沉箱表面有明显破损，底部未发现冲刷损坏、掏空现象。码头水下沉箱检测平面图如图4所示。

图4 码头沉箱检测平面图

3.2 码头变形变位检测

在码头前沿面向大海各船墩左侧向外10cm、护轮坎内壁向内10cm处设置沉降观测点（M1～M7），采用水准仪进行观测（G1～G8）；在码头前沿面向大海各船墩左侧与护轮坎内壁相交角点处设置水平位移观测点，采用全站仪进行观测。通过布置监测网，设置观测点，测量各观测点的高程及水平位移，并向业主提供相关数据，观测点位布置如图5、6所示。

图5 码头沉降观测点位图

图6 码头水平位移观测点位图

3.2.1 沉降观测

因未提供码头高程观测点，故假定后视点M1为码头原设计高程9.50m，由此，码头前沿沉降观测结果如表2所示。由表2可知，码头沉降观测实测值与设计值对比范围在-1.53cm～2.57cm之间，最大差异沉降为M3与M7的4.10cm。

表2 码头沉降观测结果

3.2.2 水平位移观测

码头前沿水平位移观测结果如表3所示。由表3可知，码头前沿水平位移观测实测值与设计值对比偏差范围在0.39cm～1.95cm之间，最大偏差值为点G5的1.95cm。

表3 码头前沿水平位移观测结果

3.3 砼构件强度检测

通过使用回弹仪及碳化深度尺对码头胸墙构件进行混凝土强度检测，确定各种构件的混凝土强度是否与原设计强度相符。按照《水运工程混凝土结构实体检测技术规程》（JTS 239-2015）规定进行单个构件判定，检测结果码头胸墙混凝土强度推定值大于设计强度等级，判定为合格。

3.4 砼构件碳化深度检测

本码头设计高水位+6.83m，设计低潮位+0.54m，依照《水运工程混凝土施工规范》中对混凝土部位划分的规定，将待测构件所处区域划分成大气区、浪溅区和水位变动区。按港工设计水位取+8.33m高程以上为大气区，+5.83m高程以上至+8.33m高程范围为浪溅区，-0.54m高程以上至+5.83m高程范围为水位变动区，具体分区如图7所示。

图7 码头混凝土部位划分图

碳化深度值的测量依据现场具体情况，在选取的代表性测区上进行，测点数为3个，并分布在不同测区。混凝土碳化深度值在每个测点（测区）测量3次，每次读数精确至0.25mm，取其平均值为一个测点（测区）的碳化深度值，并精确至0.5mm。所有测点的碳化值的平均值为该样本每测区的碳化深度值，测的结果水位变动区胸墙的碳化深度测定值为1.0mm～1.5mm。

3.5 砼构件保护层厚度检测

采用钢筋保护层厚度测定仪对码头胸墙的钢筋保护层厚度进行检测。在不同构件上选取具有代表性的区域，利用钢筋保护层厚度测定仪先确定各个构件受力主筋的位置，然后测定钢筋保护层厚度，确定钢筋保护层厚度是否满足规范要求。

由于钢筋在混凝土结构中属于隐蔽工程，在不同构件上选取不少于3个具有代表性的测区，每个测区至少包含6根主筋,每根钢筋选取3个测点，利用钢筋保护层厚度测定仪先确定各个构件受力主筋的位置，然后测定钢筋保护层厚度。

根据《水运工程混凝土结构实体检测技术规程》相关规定，胸墙受力钢筋保护层厚度允许偏差为-5～+15mm。当保护层厚度负偏差大于允许负偏差的1.5倍时，保护层厚度判为初步不合格；当保护层厚度负偏差不大于允许负偏差的1.5倍时，通过保护层厚度合格点率进行判定。

由表4可知，码头胸墙保护层厚度合格点率不小于80%，达到规范要求，判定为合格。

表4 码头胸墙钢筋保护层厚度测定结果汇总表

3.6 砼构件钢筋锈蚀电位检测

砼构件钢筋锈蚀情况利用半电池电位法进行检测，该法利用混凝土中钢筋锈蚀的电化学反应引起的电位变化来测定钢筋锈蚀状态。依据外观检查结果在各构件上选取100cm×100cm钢筋锈蚀概率较高的区域进行检测,构件表面以网格形式布置测点，测点纵、横向间距为20cm，共计36个，测点布设详见图8。

半电池电位法测试依据现行行业标准 《水运工程混凝土结构实体检测技术规程》（JTS 239-2015）有关规定，在码头大气区、浪溅区和水位变动区抽取构件进行钢筋锈蚀电位检测，检测环境温度为20℃。

区域发生钢筋锈蚀概率的判定根据 《水运工程混凝土结构实体检测技术规程》（JTS 239-2015）第7.2.5条的规定，判定标准见表5。水位变动区胸墙钢筋锈蚀电位测试结果见表6。

图8 钢筋锈蚀电位测点布设图

表5 区域发生钢筋锈蚀概率

表6 水位变动区胸墙钢筋锈蚀电位测试统计结果

3.7 钢轨检测

利用水准仪对钢轨同一断面左右侧高程进行测量，测量同个断面钢轨的高程差值。以码头面沉降观测点M1为后视点，钢轨高程的测量结果同断面轨道高程差值范围在 2.75cm～6.15cm，最大差值为 H5与 A5之间的6.15cm。钢轨测点布置如图9所示。

图9 钢轨测点布置图

4 结论

本文以福州港平潭港区金井作业区2#、3#泊位工程为背景，进行受损专项检查与检测，可以得到如下结论：

（1）经水上结构外观检查，结果表明码头胸墙XQ7及2#、3#交叉角位置胸墙表面砼轻微刮擦破损，18#系船柱对应位置两鼓一板橡胶护舷破损严重，18#系船柱位置下部竖向橡胶护舷破损脱落，护轮坎整体完好。

（2）经水下探摸检查，结果表明该码头沉箱外壁混凝土结构完好，表面较平整，有海生物附着。沉箱底部基本都已被海底淤泥掩埋，沉箱间有3cm至7cm之间的间隙。没有发现沉箱表面有明显破损，底部未发现冲刷损坏、掏空现象。

（3）经码头变形变位检测，码头沉降观测实测值与设计值对比范围在-1.53cm～2.57cm之间，最大差异沉降为M3与M7的4.10cm；码头前沿水平位移观测实测值与设计值对比偏差范围在0.39cm～1.95cm之间，最大偏差值为点G5的1.95cm。

（4）经构件混凝土强度检测，结果表明码头胸墙混凝土强度推定值大于设计强度等级，判定为合格。

（5）经构件混凝土碳化深度检测，结果表明水位变动区胸墙的碳化深度测定值为1.0mm～1.5mm。

（6）经构件钢筋保护层厚度检测，结果表明码头码头胸墙保护层厚度合格点率不小于80%，达到规范要求，判定为合格。

（7）经构件钢筋锈蚀电位检测，结果表明码头位于水位变动区胸墙钢筋锈蚀电位实测值均大于-200mV，胸墙发生钢筋锈蚀的概率小于10%。

（8）经码头钢轨检测，结果表明同断面轨道高程差值范围在2.75cm～6.15cm，最大差值为H5与A5之间的6.15cm。

[1]李承柱.浅谈内河高桩框架码头结构设计理论和方法[J].珠江水运，2014（03）.

[2]黄长虹,刘凤荣,罗劭扬.高桩梁板码头体系可靠度计算及寿命预测[J].中国港湾建设，2013（06）.

[3]柳亚,应志峰,袁和平.高桩梁板式码头撞损后的分析和修复设计[J].水运工程,2014（04）.

[4]中华人民共和国交通运输部.JTS 239-2015,水运工程混凝土结构实体检测技术规程.2015.5.1

[5]JTJ 302-2006,港口水工建筑物检测与评估技术规范.北京：人民交通出版社,2007.5.1.